基于监督控制的间歇染色过程上染率控制方法研究

【摘要】作为天然纤维中重要品种的棉纤维，在活性染料染色过程中依然存在高耗能、耗水量大以及污水排放严重等问题。这与我国将节能减排作为基本国策的决策相违背。因此，在棉织物染色过程中建立工艺因素与上染率的关系模型，就能通过模型预测和在线反馈技术来控制染色过程，可以达到降低成本、提高产生产效率和实现节能减排的目的。本文在分析了国内外间歇式染色过程控制的基础上，提出了基于监督控制的间歇染色过程上染率的控制方法，该控制框架由在线和离线两种监督控制组成。其方案的思路是采集染缸的实时参数值，由软测量模型得到染色过程的实时上染率，并和预设上染率比较，得到二者的误差和误差变化率，以此作为在线监督控制器的输入，在线监督控制器能够根据当前的工况得出需要调节的温度值，预测滑模控制算法是在线控制器，能通过控制染色实验平台加热棒的通断电时间控制染缸的温度，使其按照一定的斜率上升（下降）到指定的温度，从而实现对染色过程上染率的精确控制。本文实施方案的第一步建立灰色BP神经网络模型，设计三个单因素实验，分别建立温度、盐浓度和浴比三个因素和上染率的单因素灰色模型，在此基础上使这三个参数同时变化，得到的上染率作为训练BP神经网络的训练信号，经训练得到的网络作为控制系统的软测量模型。第二步设计在线和离线监督控制器，在线监督控制器采用模糊控制算法，实现将实时上染率和预设上染率的误差和误差变化率转化为需要调节的温度值，作为预测滑模控制器的输入；离线监督控制器采用田口方法，由实验数据分析得出温度对上染率的影响最大，因此选择温度作为本控制系统的控制因素。第三步设计并搭建间歇式染色实验平台，该平台的功能是验证本文设计的监督控制系统的正确性。在搭建的间歇式染色实验平台上，通过实验验证了本文设计的控制系统的实用性，本控制系统能够控制染色过程上染率，可实现对设定上染率曲线的有效跟踪，结果显示本文研究的控制方法能够实时控制间歇式染色过程的上染率，证明了本文所设计的基于监督控制方法的间歇式染色过程上染率控制方法具有很强的实时性和精确性。
【作者】张永兴；
【导师】张建新；
【作者基本信息】浙江理工大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】间歇式染色；监督控制；灰色BP神经网络模型；田口方法；模糊控制；预测滑模控制；

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